抗生素幫助我們治療細菌感染，每年拯救數百萬人的生命。但是它們也會傷害居住在我們腸道中的有益微生物，削弱我們身體對病原體的第一道防線之一，並損害我們的微生物群對我們健康的多種有益影響。抗生素的這種附帶損害的常見副作用是胃腸道問題和複發性艱難梭狀芽孢桿菌感染。它們還包括長期的健康問題，如過敏性、代謝性、免疫性或炎症性疾病的發展。
EMBL研究人員及其同事分析了144種抗生素對我們最常見的腸道微生物的影響。他們的研究大大提高了我們對抗生素影響的理解。它還提出了一種新的方法，通過將抗生素與第二種藥物結合起來，減輕抗生素治療對腸道微生物組的不利影響。
來自海德堡EMBL的Typas小組、圖賓根大學”控制微生物以對抗感染”卓越集群的Maier實驗室的研究人員和合作者分析了144種抗生素對我們最常見的腸道微生物的影響。發表在《自然》雜誌上的這項研究極大地提高了我們對抗生素對腸道微生物影響的理解。它還提出了一種新的方法來減輕抗生素治療對腸道微生物組的不利影響。
人類的腸道里有一個由不同的微生物物種以及許多病毒組成的錯綜複雜的群體，統稱為腸道微生物組。它們共同使我們能夠更有效地利用營養物質，並阻礙致病細菌在我們的腸道中定居。然而，當我們用抗生素治療細菌感染時，有可能會破壞腸道微生物組。
“許多抗生素能抑制各種致病菌的生長。”圖賓根大學DFG Emmy Noether小組負責人Lisa Maier解釋說：”這種廣泛的活性譜在治療感染時是有用的，但它增加了我們腸道中的微生物也成為目標的風險。”Maier是Typas實驗室的一名校友，也是這項研究的兩位主要作者之一。
如果某些腸道細菌比其他細菌受到的傷害更大，那麼抗生素治療會導致我們的微生物群組成不平衡，通常被稱為菌群失調。腹瀉是一種常見的短期影響，而哮喘或食物過敏等過敏性疾病和肥胖則是可能的長期後果。抗生素對腸道微生物也有活性，這一事實早已為人所知，但它們對我們腸道中攜帶的大量多樣性微生物的影響尚未得到系統研究，主要是由於技術上的挑戰。
“到目前為止，我們對不同的抗生素對我們腸道微生物群落的個別成員的影響的了解是零散的。我們的研究填補了我們對哪種類型的抗生素影響哪種類型的細菌以及以何種方式影響的主要空白，”海德堡EMBL高級科學家和小組負責人Nassos Typas說。
在EMBL的Typas、Bork、Patil和Zeller小組先前的一項研究的基礎上，科學家們觀察了144種抗生素中的每一種如何影響通常棲息在我們內臟中的多達27種細菌菌株的生長和生存。研究人員確定了800多種抗生素以及對應菌株組合中某種抗生素會影響這些菌株的濃度，將現有的腸道細菌物種中的抗生素光譜數據集擴大了75%。
重要的是，實驗顯示，四環素類和大環內酯類，兩個常用的抗生素家族不僅能阻止細菌生長，還能導致它們死亡。大約一半的測試腸道菌株在使用這些類型的抗生素治療后沒有存活下來。
與Maier同為第一作者的Typas研究小組的博士后Camille Goemans說：”我們沒有想到四環素類和大環內酯類會有這種效果，因為這些抗生素類被認為只有抑菌作用–這意味着它們阻止細菌生長，但不會殺死細菌。我們的實驗表明，對於我們研究的大約一半的腸道微生物來說，這一假設是不正確的。多西環素、紅霉素和阿奇黴素這三種常用的抗生素殺死了幾種豐富的腸道微生物物種，而其他的則只是被抑制。”
四環素和大環內酯類藥物對特定微生物的選擇性殺傷可能導致這些微生物在無意中從腸道微生物群中流失，其速度遠遠快於那些只被抑制生長的微生物，正如作者用合成微生物群所顯示的那樣。這可以解釋一些使用這些抗生素治療的病人所目睹的強烈的微生物群變化。
不過，有一種方法可以減少這種損害。”我們之前已經表明，藥物在不同的細菌物種之間有不同的作用。因此，我們探討了第二種藥物是否可以掩蓋抗生素對豐富的腸道微生物的有害影響，但允許抗生素保持其對病原體的活性。”Typas解釋說：”這將提供類似解毒劑的東西，這將減少抗生素對腸道細菌的附帶損害。
科學家們將抗生素紅霉素或多西環素與一組近1200種藥品結合起來，以確定能使兩種豐富的腸道細菌物種免受抗生素影響的藥物。事實上，研究人員確定了幾種非抗生素藥物，可以拯救這些腸道微生物和其他相關物種。重要的是，抗生素與第二種保護性藥物的結合併不影響抗生素對致病菌的功效。
後續實驗表明，這種方法在自然微生物組的背景下也可能發揮作用。在合作者的幫助下，科學家們表明，紅霉素與解毒劑的結合減輕了小鼠腸道中某些豐富的腸道細菌物種的損失。同樣，在從糞便樣本中提取的複雜細菌群落中，解毒劑藥物保護了人類腸道微生物免受紅霉素的影響。
Maier總結說：”我們將抗生素與保護性解毒劑相結合的方法可以為減少抗生素對我們腸道微生物群的有害副作用提供新的機會。沒有任何一種解毒劑能夠保護我們腸道中的所有細菌–特別是因為這些細菌在不同的個體中差異很大。但是這個概念為開發新的個性化策略以保持我們的腸道微生物健康打開了大門”。
研究人員需要進一步研究，以確定解毒劑的最佳組合、劑量和配方，並排除對腸道微生物組的潛在長期影響。在未來，這種新方法可能有助於保持我們的腸道微生物組的健康，減少抗生素對病人的副作用，而不影響我們的抗生素作為救命稻草的效率。